Les matériaux d'outillage en carbure cémenté les plus courants sont les carbures cémentés à base de carbure de tungstène, les carbures cémentés à base de TiC(N), les carbures cémentés additionnés de TaC (NbC) et les carbures cémentés à grains ultrafins. Les performances de ces matériaux dépendent essentiellement des phases de renforcement ajoutées.
Carbure cémenté avec ajout de TaC (NbC)
L'ajout de TaC (NbC) au carbure cémenté est une méthode efficace pour améliorer ses performances. Dans les alliages TiC/Ni/Mo, le remplacement partiel du TiC par des carbures comme le WC et le TaC, qui offrent une meilleure ténacité, améliore les performances du carbure cémenté et élargit son champ d'application. L'ajout de WC et de TaC améliore :
● Robustesse
● Module d'élasticité
● Résistance à la déformation plastique
● Résistance aux hautes températures
Il améliore également la conductivité thermique et la résistance aux chocs thermiques, rendant l'outil plus adapté à la coupe interrompue. Dans les alliages WC-Co, les performances peuvent être améliorées par l'ajout de 0,5 % à 3 % (fraction massique) de carbures tels que TaC, NbC, Cr3C2, VC, TiC ou HfC. Les principaux objectifs sont les suivants :
● Raffinage des grains
● Maintien d'une structure cristalline uniforme sans recristallisation significative
● Augmentation de la dureté et de la résistance à l'usure sans compromettre la ténacité
De plus, ces additifs améliorent :
● Dureté à haute température
● Résistance aux hautes températures
● Résistance à l'oxydation
Lors de la coupe, un film d'oxyde résistant et auto-compensateur se forme, qui empêche l'usure adhésive et diffusive lors de l'usinage de certains métaux ou alliages. Ceci améliore la résistance à l'usure de l'outil et accroît sa capacité à résister à l'usure en cratère et à l'usure en dépouille. Ces avantages sont d'autant plus marqués que la teneur en cobalt du carbure cémenté est élevée.
● Le carbure cémenté avec 1 % à 3 % (fraction massique) de TaC (NbC) peut usiner diverses fontes, y compris la fonte extra-dure et la fonte alliée.
● Les alliages à faible teneur en cobalt contenant de 3 % à 10 % (fraction massique) de TaC (NbC), tels que YG6A, YG8N et YG813, sont polyvalents. Ils permettent de réaliser les procédés suivants :
Fonte refroidie
fonte ductile
Métaux non ferreux
Les matériaux difficiles à usiner comme l'acier inoxydable, l'acier trempé et les alliages haute température
Ces alliages sont communément appelés alliages à usage général (YW). L'augmentation appropriée de la teneur en cobalt accroît la résistance et la ténacité de ce type de carbure cémenté, le rendant adapté à l'ébauche et à la coupe interrompue de matériaux difficiles à usiner. Applications :
● Décapage de grandes pièces moulées et forgées en acier
● Tournage, rabotage et fraisage de l'acier austénitique et des alliages réfractaires
● Usinage avec de grands angles de coupe, de grandes sections de coupe et des vitesses moyennes à faibles
● Ébauche sur tours automatiques, semi-automatiques et multi-outils
● Fabrication de forets, de fraises-mères et d'autres outils à haute résistance de coupe**
Dans les alliages WC-TiC-Co, une teneur excessive en TiC accroît la sensibilité à la fissuration thermique, ce qui entraîne une plus grande fragilité. L'ajout de TaC aux alliages WC-TiC-Co à faible teneur en TiC et à haute teneur en cobalt améliore :
● Robustesse
● Résistance à la chaleur
● Résistance à l'oxydation
Alors que le TiC réduit la résistance aux chocs thermiques, le TaC compense ce phénomène, rendant l'alliage adapté aux opérations de fraisage. Des alternatives moins coûteuses comme le NbC ou les carbures Hf-Nb (fraction massique : Hf - 60 %, Nb - 40 %) peuvent remplacer le TaC. Dans les alliages TiC-Ni-Mo, l'ajout simultané de TiN, WC et TaC améliore significativement :
● Dureté
● Résistance à la flexion
● Résistance à l'oxydation
● Conductivité thermique
à des températures élevées (900–1000°C).
Carbure cémenté à grains ultrafins
Le raffinement des grains de carbure cémenté réduit la taille de la phase dure, augmentant ainsi la surface spécifique des grains et la résistance de la liaison entre eux. La phase liante se répartit plus uniformément autour d'eux, améliorant :
Dureté
résistance à l'usure
L'augmentation appropriée de la teneur en cobalt accroît également la résistance à la flexion. Le carbure cémenté à grains ultrafins, composé de particules de WC et de Co extrêmement petites, combine :
La dureté élevée du carbure cémenté
La résistance de l'acier rapide
Comparaison de la granulométrie :
Carbure cémenté ordinaire : 3–5 μm
Carbure cémenté à grains fins (généralement) : ~1,5 μm
Alliages à grains submicroniques : 0,5–1 μm
Carbure cémenté à grains ultrafins : taille des grains de WC inférieure à 0,5 μm
Le raffinage du grain améliore :
Dureté
résistance à l'usure
Résistance à la flexion
résistance à l'écaillage
Dureté à haute température
Comparé au carbure cémenté ordinaire de même composition, le carbure cémenté à grains ultrafins offre :
Augmentation de la dureté de plus de 2 HRA
Augmentation de la résistance à la flexion de 600 à 800 MPa
Propriétés typiques :
Teneur en cobalt : 9 % à 15 %
Dureté : 90–93 HRA
Résistance à la flexion : 2000–3500 MPa
Les nuances produites en Chine comprennent YS2 (YG10H, YG10HT), YM051 (YH1), YM052 (YH2), YM053 (YH3), YD05 (YC09), YD10 (YG1101), B60, YG610, YG643 et YD05. Grâce à son grain extrêmement fin, le carbure cémenté à grain ultrafin peut être affûté pour obtenir des arêtes de coupe très nettes et une faible rugosité de surface, ce qui le rend idéal pour les outils de précision tels que :
Broches
Alésoirs
fraises de précision
Elle excelle dans l'usinage avec de faibles profondeurs de passe et des vitesses d'avance réduites. Elle convient également aux outils de petite taille tels que :
petites perceuses
Petites fraises
petites broches
petites plaques de cuisson
Remplaçant les outils en acier rapide, leur durée de vie est 10 à 40 fois plus longue, voire potentiellement plus de 100 fois. Les outils en carbure cémenté à grains ultrafins sont particulièrement adaptés à l'usinage :
Alliages haute température à base de fer et de nickel
alliages de titane
Aciers inoxydables résistants à la chaleur
Matériaux projetés, soudés et plaqués (par exemple, poudres d'alliages auto-fluxants superdurs à base de fer, de nickel, de cobalt, séries cobalt-chrome-tungstène)
Aciers à ultra-haute résistance
Aciers trempés
Les matériaux à haute dureté comme les fontes à haute teneur en chrome et les fontes trempées au nickel
Lors de l'usinage de matériaux difficiles à usiner, sa durée de vie est 3 à 10 fois plus longue que celle du carbure cémenté ordinaire.
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Date de publication : 14 juillet 2025
